DE102006027586B4

DE102006027586B4 - Integrierte Schaltungen mit Induktionsspulen in mehreren leitenden Schichten und Verfahren zum Herstellen derselben

Info

Publication number: DE102006027586B4
Application number: DE102006027586A
Authority: DE
Inventors: Peter Baumgartner; Thomas Benetik
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2005-06-20
Filing date: 2006-06-14
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2026-06-15
Also published as: JP4704965B2; US20060284718A1; JP2007005798A; DE102006027586A1; DE102006062924B3; US7489220B2

Abstract

Halbleitereinrichtung (100), die folgendes enthält: ein Werkstück (102); eine über dem Werkstück (102) angeordnete erste leitende Schicht (M6), wobei ein erster Abschnitt (L1, M6) einer ersten Induktionsspule (L1) und ein erster Abschnitt (L2, M6) einer zweiten Induktionsspule (L2) innerhalb der ersten leitenden Schicht (M6) angeordnet sind, wobei der erste Abschnitt (L2, M6) der zweiten Induktionsspule (L2) symmetrisch zu dem ersten Abschnitt (L1, M6) der ersten Induktionsspule (L1) angeordnet ist; mindestens eine der ersten leitenden Schicht (M6) benachbarte zweite leitende Schicht (M5), wobei ein zweiter Abschnitt (L1, M5) der ersten Induktionsspule (L1) und ein zweiter Abschnitt (L2, M5) der zweiten Induktionsspule (L2) in jeder mindestens einen zweiten leitenden Schicht (M5) angeordnet sind, wobei jeder zweite Abschnitt (L2, M5) der zweiten Induktionsspule (L2) symmetrisch zu jedem zweiten Abschnitt (L1, M5) der ersten Induktionsspule (L1) in jeder mindestens einen zweiten Schicht (M5) ist; mindestens einen ersten Induktionsspulendurchkontakt (112a), der...

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein HF-IC (integrierte Hochfrequenzschaltungen) und insbesondere Strukturen für Induktionsspulen und Verfahren zur Herstellung davon.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Eine Induktionsspule in Elektronikanwendungen umfaßt in der Regel eine Drahtspule, die elektromagnetische Eigenschaften aufweist, wenn Strom durch die Drahtspule hindurch geschickt wird. Im allgemeinen kann eine Induktionsspule Energie in ihrem Magnetfeld speichern, und eine Induktionsspule setzt im allgemeinen einer durch sie hindurch fließenden Strommenge einen Widerstand entgegen (als Beispiel). Die Induktanz einer Induktionsspule hängt von mehreren Faktoren ab. Ein Faktor ist die Anzahl der Wicklungen: je größer die Anzahl der Wicklungen, um so höher die Induktanz. Ein weiterer Faktor ist die Querschnittsfläche der Spule: größere Fläche führt zu einer höheren Induktanz. Ein weiterer Faktor ist die Breite der Wicklungen: eine größere Breite führt zu einem größeren Verhältnis von Außen- zu Innendurchmesser der Spule und reduzierter Induktanz. Diese Faktoren beeinflussen auch die parasitäre Kapazität und den parasitären Widerstand der Induktionsspule.
Induktionsspulen können einzeln verwendet werden, oder Induktionsspulen können in Paaren als Differentialinduktionsspulen oder Differentialtransformatoren (als Beispiele) verwendet werden. Bei einigen Halbleiteranwendungen wie etwa HF-ICs werden Induktionsspulen auf integrierten Schaltungen hergestellt. Es ist wünschenswert, wenn Schaltungen, die chipinterne Differentialinduktionsspulen verwenden (z. B. Induktionsspulen, die auf einem Halbleiterwafer oder einem Einzelchip hergestellt sind), so wenig Strom wie möglich verbrauchen, damit die Batterielebensdauer verlängert wird (als Beispiel), und daß die Differentialinduktionsspulen so wenig Rauschen wie möglich erzeugen. Eine weitere wichtige Anforderung für chipinterne Differentialinduktionsspulen besteht darin, daß sie eine niedrige parasitäre Kapazität aufweisen und daß die Induktanz-, Kapazitäts- und Widerstandswerte des Paars von Induktionsspulen symmetrisch sind. Chipinterne Induktionsspulen sind signifikante Komponenten von HF-ICs und werden beispielsweise in spannungsgesteuerten Oszillatoren (VCO), Impedanzanpassungsnetzen, Emitterdegenerationsschaltungen und Filtern verwendet.
VCOs verwenden in der Regel Differentialinduktionsspulen, die zwei Induktionsspulen umfassen, die an ein Ende eines gemeinsamen Knotens oder eines zentralen Abgriffs gekoppelt sind. Ein VCO ist ein Oszillator, bei dem die Steuerspannung die Oszillatorausgangsfrequenz steuert. Telekommunikationssysteme wie etwa Bluetooth und GSM verwenden VCOs in Sendeempfängern, um Kanäle beispielsweise für Mobiltelefon- oder Funkanwendungen zu steuern und zu schalten. Differentialinduktionsspulen mit hoher Induktivität, hohem Gütefaktor und niedriger parasitärer Kapazität werden für HF-ICs wie etwa VCOs benötigt, um eine niedrige Strom- und Leistungsaufnahme, niedriges Phasenrauschen und großen Abstimmbereich für die Frequenz des VCO zu erreichen.
1 zeigt eine chipinterne Differentialinduktionsspule nach dem Stand der Technik, bei der alle Wicklungen von zwei Induktionsspulen in einer Metallisierungsschicht coplanar sind. Eine Einebenen-Differentialinduktionsspule dieses Typs wird in einem VCO-Design eingesetzt, das in einem Referat von Tiebout mit dem Titel „A Fully Integrated 1.3 GHz VCO for GSM in 0.25 μm Standard CMOS with a Phasenoise of –142 dBc/Hz at 3 MHz Offset” beschrieben wird, veröffentlicht in Proceedings 30th European Microwave Conference, Paris, Oktober, 2000. Siehe insbesondere 5 des Tiebout-Referats, das ein ähnliches Design einer Differentialinduktionsspule zeigt, wie es in 1 der vorliegenden Patentanmeldung gezeigt ist.
Bei der in 1 gezeigten einschichtigen Differentialinduktionsspule wird eine zweite Metallisierungsebene für die Unterquerungen verwendet, die erforderlich sind, um die Symmetrie der Differentialinduktionsspule zu vergrößern. Die Induktionsspule ist für eine niedrige parasitäre Kapazität der zwei Differentialeingänge an den Anschlüssen A und B ausgelegt. Die Induktionsspule enthält zwei Teilinduktionsspulen: Induktionsspule L_A, die eine zwischen Anschluß A und mittlerem Abgriff D angeordnete Teilinduktionsspule umfaßt und Induktionsspule L_B, die eine zwischen B und dem mittleren Abgriff D angeordnete Teilinduktionsspule umfaßt. Die Teilinduktionsspulen L_A und L_A sind nahe daran, symmetrisch zu sein, und weisen ein hohes Koppelverhältnis auf. Der mittlere Abgriff D ist in der Regel mit einer Versorgungsspannung (V_DD) gekoppelt. Eine VCO-Schaltung nach dem Stand der Technik, in der die in 1 gezeigte Differentialinduktionsspule verwendet werden kann, ist beispielsweise in 2 gezeigt.
Bei dem in 1 gezeigten Differentialinduktionsspulendesign führt die Differenz beim Durchmesser zwischen den Innen- und Außenwicklungen der Induktionsspulen L_A und L_B zu einem reduzierten Koppelfaktor der Wicklungen und zu einer reduzierten erreichbaren Induktivität. Das Verhältnis spezifischer Widerstand zu Induktivität, das für den Gütefaktor (Q-Faktor) verantwortlich ist, verschlechtert sich deshalb. Der Q-Faktor ist ein Maß für die Leistungscharakteristiken einer Induktionsspule und weist einen starken Einfluß auf die Leistung der HF-Schaltung auf, wie etwa beispielsweise Stromverbrauch und Rauschen. Es ist wünschenswert, chipinterne Differentialinduktionsspulen mit hoher Induktanz, hohem Q-Faktor, niedriger Kapazität und hoher Symmetrie zu konstruieren, wobei lediglich eine kleine Bodenfläche benötigt wird.
Aus dem an Kyriazidou erteilten US-Patent US 6 759 937 B2 mit dem Titel „On-chip Differential Multi-Layer Inductor”, ist eine Differentialinduktionsspule bekannt, die in zwei Metallschichten ausgebildet ist. Die Verwendung zusätzlicher Metallschichten zum Parallelschließen zusätzlicher Wicklungen zu den Induktionsspulenwicklungen wird ebenfalls offenbart. Mit diesem Differentialinduktionsspulendesign erhält man jedoch keine perfekte Symmetrie, da die Verbindungsstruktur, die verwendet wird, um die Teilinduktionsspulen zu verbinden, eine Asymmetrie einführt.
Insbesondere gibt es bei der Differentialinduktionsspule nach dem Stand der Technik, die in einer in 1 gezeigten einzelnen Metallisierungsschicht ausgebildet ist, und auch bei der in zwei Metallisierungsschichten ausgebildeten Differentialinduktionsspule nach dem Stand der Technik wie in US-Patent US 6 759 937 B2 beschrieben, einen Mangel an Symmetrie aufgrund der Überquerungen der Induktionsspulen. Beispielsweise steigen durch die Unterführungen, wo die Wicklungen einander kreuzen, der Widerstand und die Kapazität einer Wicklung, aber nicht die in der anderen. Dieser Offset wird in der Regel bei Designs nach dem Stand der Technik durch Abwechseln der Unterführungen reduziert. Jedoch ist die Stelle innerhalb der Induktionsspule unsymmetrisch, d. h., eine halbe Induktionsspule weist ihre Unterführungen näher an dem mittleren Pin oder dem mittleren Abgriff auf, und die andere näher an dem A- oder B-Spannungseingang. Es ist wünschenswert, wenn die beiden Induktionsspulen einer Differentialinduktionsspule den gleichen Induktanzwert aufweisen und die Wicklungen hinsichtlich Widerstand und Kapazität symmetrisch sind (z. B. zu dem Substrat oder zu anderen Induktionsspulenwicklungen).
Aus der WO 2005/010900 A1 ist ein Transformator in einer integrierten Schaltungen bekannt, der sich über vier Leitbahnlagen erstreckt. Aus der DE 102 61 385 A1 ist ein monolithisch integrierter Transformator bekannt, dessen Windungen abgesehen von Überkreuzungen nur in einer Schicht angeordnet sind. Aus der US 2003/0071706 A1 ist ein planarer Transformator bekannt, dessen Windungen abgesehen von Überkreuzungen ebenfalls nur in einer Schicht angeordnet sind.
Aus der US 2005/0046501 A1 ist ein Oszillator für einen Serialisierer/Deserialisierer bekannt. Der Oszillator enthält zwei Spulen, die sich jeweils durch mehrere Leitbahnlagen erstrecken. Die US 5 572 179 A betrifft einen Dünnfilmtransformator des sich durch mehrere Leitbahnlagen erstreckt, die jedoch gemäß der Figuren einander gleiche Schichtdicken haben. Die US 6 380 835 B1 betrifft eine symmetrische mehrlagige Spiralspule. Aus R. Havemann u. a., ”High-performance interconnects: an integration overview”, Proceedings of the IEEE, Bd. 89, Nr. 5, Mai 2001, Seiten 586 bis 601 ist es bekannt, dass ”dicke Verbindungen” für obere Verbindungen verwendet werden, insbesondere für Betriebsspannungsleitungen.
Was in der Technik benötigt wird, sind deshalb verbesserte Differentialinduktionsspulendesigns in integrierten Schaltungen.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Diese und weitere Probleme werden im allgemeinen gelöst oder umgangen und technische Vorteile werden im allgemeinen erzielt durch bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die neuartige Strukturen für zwei Induktionsspulen liefern, die in zwei oder mehreren leitenden Schichten einer integrierten Schaltung implementiert werden können. Bei einigen Ausführungsformen können Verbindungen zu einer oder mehreren leitenden Schichten hergestellt werden durch Abwechseln der Stelle der Durchkontaktverbindungen zu den Abschnitten der beiden Induktionsspulen in den verschiedenen leitenden Schichten an Stellen an einem inneren und äußeren Radius der Induktionsspulenabschnitte, was die Herstellung von Differentialinduktionsspulen mit erhöhter Induktanz gestattet. Bei anderen, nicht vollständig symmetrischen Spulenformen liegen die Durchkontaktverbindungen an der gleichen Position innerhalb einer im wesentlichen schleifenförmigen Struktur der beiden Induktionsspulen, und eine Kerbe ist an jedem Ende der Induktionsspulenabschnitte enthalten, um die Durchkontakte aufzunehmen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält eine Halbleitereinrichtung ein Werkstück und eine über dem Werkstück angeordnete erste leitende Schicht. Ein erster Abschnitt einer ersten Induktionsspule und ein erster Abschnitt einer zweiten Induktionsspule sind innerhalb der ersten leitenden Schicht angeordnet, wobei der erste Abschnitt der zweiten Induktionsspule symmetrisch zu dem ersten Abschnitt der ersten Induktionsspule ist. Mindestens eine zweite leitende Schicht ist in der Nähe der ersten leitenden Schicht angeordnet, wobei ein zweiter Abschnitt der ersten Induktionsspule und ein zweiter Abschnitt der zweiten Induktionsspule in jeder mindestens einen zweiten leitenden Schicht angeordnet sind. Jeder zweite Abschnitt der zweiten Induktionsspule ist symmetrisch zu jedem zweiten Abschnitt der ersten Induktionsspule in jeder mindestens einen zweiten leitenden Schicht. Mindestens ein erster Induktionsspulendurchkontakt koppelt den ersten Abschnitt der ersten Induktionsspule in der ersten leitenden Schicht an den zweiten Abschnitt der ersten Induktionsspule in einer benachbarten zweiten leitenden Schicht. Mindestens ein zweiter Induktionsspulendurchkontakt koppelt den ersten Abschnitt der zweiten Induktionsspule in der ersten leitenden Schicht an den zweiten Abschnitt der zweiten Induktionsspule in einer benachbarten zweiten leitenden Schicht. Der mindestens eine zweite Induktionsspulendurchkontakt ist symmetrisch zu dem mindestens einen ersten Induktionsspulendurchkontakt. Weiterhin hat die erste leitende Schicht eine größere Dicke als die zweite leitende Schicht und die zweiten Abschnitte der ersten und zweiten Induktionsspule haben eine Breite, die größer als die der ersten Abschnitte ist. Alternativ hat weiterhin die erste leitende Schicht eine größere Dicke als die zweite leitende Schicht und die zweiten Abschnitte haben eine größere Windungszahl als die ersten, wobei die Widerstände der ersten und zweiten zweiten Abschnitte der ersten und zweiten Induktionsspule jeweils gleich sind. Alternativ sind weiterhin die Dicken der leiten Schichten sowie die Breiten und Windungszahlen der Abschnitte verschieden, wobei die Widerstände der ersten und zweiten Abschnitte gleich sind.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen einer der oben genannten Halbleitereinrichtungen unter anderem: Bereitstellen eines Werkstücks, Ausbilden einer ersten leitenden Schicht über dem Werkstück und Ausbilden mindestens einer zweiten leitenden Schicht in der Nähe der ersten leitenden Schicht. Ein erster Abschnitt einer ersten Induktionsspule und ein erster Abschnitt einer zweiten Induktionsspule sind innerhalb der ersten leitenden Schicht ausgebildet, wobei der erste Abschnitt der ersten Induktionsspule und der erste Abschnitt der zweiten Induktionsspule symmetrisch sind. Ein zweiter Abschnitt der ersten Induktionsspule und ein zweiter Abschnitt der zweiten Induktionsspule sind in jeder mindestens einen zweiten leitenden Schicht ausgebildet. Jeder zweite Abschnitt der ersten Induktionsspule und jeder zweite Abschnitt der zweiten Induktionsspule sind in jeder mindestens einen zweiten leitenden Schicht symmetrisch. Der erste Abschnitt der ersten Induktionsspule in der ersten leitenden Schicht ist an den zweiten Abschnitt der ersten Induktionsspule in einer benachbarten zweiten leitenden Schicht mit mindestens einem ersten Induktionsspulendurchkontakt gekoppelt. Der erste Abschnitt der zweiten Induktionsspule in der ersten leitenden Schicht ist an den zweiten Abschnitt der zweiten Induktionsspule mit mindestens einem zweiten Induktionsspulendurchkontakt in der benachbarten zweiten leitenden Schicht gekoppelt. Der mindestens eine erste Induktionsspulendurchkontakt und der mindestens eine zweite Induktionsspulendurchkontakt sind symmetrisch.
Zu Vorteilen von bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zählen die Bereitstellung von Paaren von gekoppelten Induktionsspulen, wobei die beiden Induktionsspulen sehr symmetrische Induktanz-, Widerstands- und Kapazitätswerte aufweisen. Differentialinduktionsspulen mit vergrößerter Induktanz können erzielt werden durch Verwendung einer größeren Anzahl leitender Schichten von integrierten Schaltungen und durch Erhöhen der Anzahl von Wicklungen der Abschnitte der Induktionsspulen in einer oder mehreren leitenden Schichten. Die Asymmetrie der beiden Induktionsspulen wird durch Durchkontaktpositionierung, die Verwendung entsprechender Layouts und durch den Einsatz von Kerben an dem Ende der Induktionsspulenabschnitte zum Aufnehmen der Durchkontaktpositionierung auf ein Minimum reduziert, um eine größere Symmetrie zu erreichen.
Das oben gesagte hat die Merkmale und technischen Vorteile von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung recht breit umrissen, damit die ausführliche Beschreibung der Erfindung, die folgt, besser verstanden werden kann. Zusätzliche Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung werden hiernach beschrieben, die den Gegenstand der Ansprüche der Erfindung bilden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Für ein umfassenderes Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun auf die folgenden Beschreibungen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigen:
1 eine Zeichnung nach dem Stand der Technik einer in einer Metallisierungsschicht einer integrierten Schaltung ausgebildeten Differentialinduktionsspule;
2 ein Schemadiagramm einer VCO-Schaltung nach dem Stand der Technik, die eine Differentialinduktionsspule verwendet;
3 eine Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei eine Differentialinduktionsspule in mehreren leitenden Schichten einer integrierten Schaltung ausgebildet ist;
4A eine Draufsicht auf eine obere leitende Schicht der in 3 gezeigten Ausführungsform, wobei Spannungsanschlußverbindungen in der oberen leitenden Schicht ausgebildet sind;
4B eine Draufsicht auf eine unter der oberen leitenden Schicht angeordnete leitende Schicht, wobei ein erster Abschnitt einer ersten Induktionsspule und ein erster Abschnitt einer zweiten Induktionsspule in der leitenden Schicht ausgebildet sind, die ersten Abschnitte der ersten und zweiten Induktionsspule jeweils eine volle Wicklung umfassen und wobei die Spannungsanschlüsse über Durchkontakte an gegenüberliegenden Seiten der Struktur an die ersten Abschnitte der ersten und zweiten Induktionsspule gekoppelt sind;
4C eine Draufsicht auf eine unter der in 4B gezeigten leitenden Schicht angeordnete leitende Schicht, wobei ein zweiter Abschnitt der ersten Induktionsspule und ein zweiter Abschnitt der zweiten Induktionsspule darin ausgebildet sind;
4D eine Draufsicht auf eine unter der in 4C gezeigten Schicht angeordnete leitende Schicht, wobei ein dritter Abschnitt der ersten Induktionsspule und ein dritter Abschnitt der zweiten Induktionsspule darin ausgebildet sind;
4E eine Draufsicht auf eine leitende Schicht der Differentialinduktionsspule, unter der in 4D gezeigten Schicht angeordnet, wobei ein Abschnitt der leitenden Schicht verwendet wird, um den dritten Abschnitt der ersten Induktionsspule mit dem dritten Abschnitt der zweiten Induktionsspule und mit einer Spannungsversorgung zu verbinden;
5A bis 5E Draufsichten auf eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Abschnitte der ersten Induktionsspule und der zweiten Induktionsspule in jeder leitenden Schicht zwei volle Wicklungen umfassen;
6A bis 6C Draufsichten auf eine nicht erfindungsgemäße Ausführungsform, wobei die Abschnitte der ersten und zweiten Induktionsspule Halbwicklungen umfassen, wobei die Enden der Abschnitte der ersten und zweiten Induktionsspule gekerbt sind, um die Durchkontakte aufzunehmen, wodurch eine symmetrische Struktur hergestellt wird, und wobei die Spannungsverbindungen in der gleichen leitenden Schicht hergestellt sind, in der die oberen und unteren Abschnitte der ersten und zweiten Induktionsspule ausgebildet sind;
7A bis 7C eine nicht erfindungsgemäße Ausführungsform, ähnlich der in 6A bis 6C gezeigten Ausführungsform, wobei die Abschnitte der ersten Induktionsspule und der zweiten Induktionsspule, die in der mittleren leitenden Schicht (7B) ausgebildet sind, 1,5 Wicklungen umfassen;
8A, 8B und 8C Draufsichten auf eine weitere nicht erfindungsgemäße Ausführungsform, wobei die Abschnitte der ersten Induktionsspule und der zweiten Induktionsspule in der dickeren oberen leitenden Schicht 1,5 Wicklungen umfassen und wobei die Spannungsverbindungen in den dünneren darunter liegenden leitenden Schichten hergestellt sind;
9A und 9B Draufsichten auf noch eine weitere nicht erfindungsgemäße Ausführungsform, wobei die erste Induktionsspule, die zweite Induktionsspule und die Spannungsverbindungen in zwei leitenden Schichten hergestellt sind und die Induktionsspulenabschnitte zwei Wicklungen in einer Schicht umfassen:
10A und 10B eine alternative nicht erfindungsgemäße Ausführungsform zu der in 9A und 9B gezeigten;
11A und 11B eine weitere alternative nicht erfindungsgemäße Ausführungsform zu der in 9A und 9B gezeigten Ausführungsform, wobei die Induktionsspulenabschnitte 1,5 Wicklungen umfassen;
12A und 12B eine weitere alternative nicht erfindungsgemäße Ausführungsform zu der in 11A und 11B gezeigten Ausführungsform;
13, daß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sich leicht in Halbleiterdesigns mit großen Durchkontakten implementieren lassen;
14 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Wicklungen von Abschnitten der ersten Induktionsspule und der zweiten Induktionsspule in den verschiedenen leitenden Schichten unterschiedliche Breiten umfassen;
15 eine Perspektivansicht von mehreren leitenden Schichten einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Wicklungen von Abschnitten der ersten Induktionsspule und der zweiten Induktionsspule in benachbarten Schichten versetzt oder offset sind;
16 ein Diagramm für eine ideale doppelt-kugelförmige Differentialinduktionsspule oder einen selbigen Transformator, die oder der in mehreren leitenden Schichten gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann;
17A, 17B und 17C Draufsichten auf eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Abschnitte der ersten Induktionsspule und der zweiten Induktionsspule in jeder leitenden Schicht ¾-Wicklungen umfassen; und
18 einen Transformator, in dem die neuartigen ersten Induktionsspulen und zweiten Induktionsspulen von hier beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung implementiert werden können.
Entsprechende Zahlen und Symbole in den verschiedenen Figuren beziehen sich allgemein auf entsprechende Teile, so weit nicht anders angeführt. Die Figuren sind gezeichnet, um die relevanten Aspekte der bevorzugten Ausführungsformen klar zu verdeutlichen, und sie sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON VERANSCHAULICHENDEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Herstellung und der Einsatz der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen werden unten ausführlich erläutert.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen in einem spezifischen Kontext beschrieben, nämlich in einer VCO-Schaltung verwendete Differentialinduktionsspulen. Ausführungsformen der Erfindung lassen sich jedoch auch auf andere HF-Designs anwenden, die die Verwendung von Induktionsspulen erfordern, wie etwa beispielsweise Transformatoren und andere Schaltungen oder Schaltungskomponenten, die zwei gekoppelte Induktionsspulen erfordern.
3 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der eine Halbleitereinrichtung 100 eine Differentialinduktionsspule enthält, die in mehreren leitenden Schichten M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, V1, V2, V3, V4, V5 und V6 einer integrierten Schaltung ausgebildet ist. Die leitenden Schichten M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, V1, V2, V3, V4, V5 und V6 können Metallisierungsschichten M1, M2, M3, M4, M5, M6 und M7 und Durchkontaktmetallisierungsschichten V1, V2, V3, V4, V5 und V6 umfassen, die Aluminium, Kupfer, Wolfram, andere Metalle oder Kombinationen oder Legierungen davon umfassen (als Beispiel). Die Metallisierungsschichten M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, V1, V2, V3, V4, V5 und V6 umfassen in der Regel Interconnectschichten, die in späteren Stadien des Herstellungsprozesses für die Halbleitereinrichtung 100 ausgebildet werden, oftmals als BEOL (back end of the line) bezeichnet (als Beispiel), nachdem in einem Werkstück 102 aktive Bereiche ausgebildet worden sind. Die obersten leitenden Schichten M6, M7, V5 und V6 können im Vergleich zu den darunter liegenden leitenden Schichten M1 bis M5 und V1 bis V4 eine vergrößerte Dicke umfassen (als Beispiel). Sieben Metallisierungsschichten und sechs Durchkontaktschichten sind in 3 gezeigt; alternativ können gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mehr oder weniger leitende Schichten in einer Halbleitereinrichtung 100 enthalten sein (als Beispiel).
Alternativ können die hier zu beschreibenden Differentialinduktionsspulen in anderen leitenden Materialschichten einer Halbleitereinrichtung ausgebildet sein, umfassend halbleitende Materialien wie etwa Silizium oder Silizium kombiniert mit anderen Materialien wie etwa Metallen (als Beispiel).
Zur Herstellung der Halbleitereinrichtung 100 wird zuerst ein Werkstück 102 vorgesehen. Das Werkstück 102 kann ein Halbleitersubstrat enthalten, das Silizium oder andere Halbleitermaterialien umfaßt, die von einer isolierenden Schicht bedeckt sind (als Beispiel). Das Werkstück 102 kann auch andere aktive Komponenten oder Schaltungen enthalten, die in dem FEOL (front end of line) ausgebildet sind (nicht gezeigt). Das Werkstück 102 kann Siliziumoxid über einkristallinem Silizium umfassen (als Beispiel). Das Werkstück 102 kann andere leitende Schichten oder andere Halbleiterelemente enthalten, z. B. Transistoren, Dioden, usw. Anstelle von Silizium können als Beispiel auch Verbindungshalbleiter GaAs, InP, Si/Ge oder SiC verwendet werden.
Als nächstes wird über dem Werkstück 102 eine leitende Schicht wie etwa M1 ausgebildet. Die leitende Schicht kann unter Verwendung eines subtraktiven Ätzprozesses ausgebildet werden, wobei leitendes Material über dem Werkstück 102 abgeschieden und dann strukturiert wird. Ein isolierendes Material 104 wird dann zwischen dem strukturierten leitenden Material abgeschieden. Alternativ kann das isolierende Material 104 zuerst abgeschieden werden und das isolierende Material 104 wird dann strukturiert und mit einem leitenden Material gefüllt, in der Technik als ein Damascene-Prozeß bezeichnet.
Ein ähnlicher Prozeß kann verwendet werden, um mehrere Interconnectschichten M2, M3, M4, M5, M6, M7 und V1, V2, V3, V4, V5 und V6 sequentiell über der leitenden Schicht M1 auszubilden, wie gezeigt. Das leitende Material in zwei oder mehr Interconnectschichten M1, M2, M3, M4, M5, M6 und M7 bildet Abschnitte der Induktionsspulen L₁ und L₂ gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aus. Leitende Leitungen können auch in anderen Gebieten der Halbleitereinrichtung 100 in den Interconnectschichten M1, M2, M3, M4, M5, M6 und M7 ausgebildet werden (als Beispiel, nicht gezeigt). Die Durchkontaktebenen V1, V2, V3, V4, V5 und V6 stellen eine elektrische Verbindung zwischen benachbarten leitenden Schichten M1, M2, M3, M4, M5, M6 und M7 (als Beispiel) bereit und werden auch verwendet, um die Abschnitte der Induktionsspulen L₁ und L₂ in benachbarten leitenden Materialschichten gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu verbinden. Eine Durchkontaktebene wie etwa V2 und eine darüber liegende Interconnectschicht wie etwa M3 können beispielsweise in einem Doppel-Damascene-Prozeß ausgebildet werden.
Gemäß bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden bevorzugt Abschnitte einer Differentialinduktionsspule L₁ und L₂ in zwei oder mehr leitenden Schichten M1 bis M7 ausgebildet, und die Abschnitte jeder der Induktionsspulen L₁ und L₂ werden unter Verwendung der hier näher zu beschreibenden Durchkontaktebenen V1 bis V6 miteinander verbunden.
Draufsichten auf leitende Schichten der neuartigen Differentialinduktionsspule gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind in den 4A, 4B, 4C, 4D und 4E gezeigt. Bei der in den 4A, 4B, 4C, 4D und 4E gezeigten Ausführungsform umfaßt jeder Abschnitt der ersten und zweiten Induktionsspule L₁ und L₂ der Differentialinduktionsspule innerhalb einer einzelnen leitenden Schicht eine volle Wicklung, wenngleich in anderen Ausführungsformen die Abschnitte der ersten und zweiten Induktionsspule L₁ und L₂ andere Anzahlen von Wicklungen (2, 3, 4 usw.), bruchteilige Anzahlen von Wicklungen oder bruchteilige Anzahlen größer als volle Wicklungen (als Beispiel) umfassen können, hier näher zu beschreiben.
4A ist eine Draufsicht auf eine in 3 gezeigte obere leitende Schicht wie etwa Schicht M7, wobei Spannungsanschlußverbindungen 109a und 109b in der oberen leitenden Schicht M7 ausgebildet sind. Eine mit den Pfeilen 3-3 bezeichnete Querschnittsansicht eines Abschnitts von 4A ist in 3 gezeigt. Die Spannungsanschlußverbindungen 109a und 109b können an Spannungsanschlüsse A bzw. B einer VCO-Schaltung wie etwa der in 2 gezeigten Schaltung gekoppelt sein (als Beispiel).
4B zeigt eine Draufsicht auf eine leitende Schicht wie etwa M6 von 3, unter der oberen leitenden Schicht M7 angeordnet, wobei ein erster Abschnitt einer ersten Induktionsspule L₁ und ein erster Abschnitt einer zweiten Induktionsspule L₂ in der leitenden Schicht M6 ausgebildet sind. Eine mit Pfeilen 3-3 bezeichnete Querschnittsansicht eines Abschnitts von 4B ist in 3 gezeigt. Die ersten Abschnitte der ersten und zweiten Induktionsspule L₁ und L₂ umfassen jeweils eine volle Wicklung und sind symmetrisch, wie aus 4B ersichtlich ist. Bevorzugt sind die Spannungsanschlußverbindungen 109a und 109b über Durchkontakte 110a und 110b an Enden der ersten Abschnitte der ersten und zweiten Induktionsspule L₁ bzw. L₂ an gegenüberliegenden Seiten der Struktur gekoppelt, wie gezeigt. Beispielsweise umfassen die ersten Abschnitte der ersten und zweiten Induktionsspule L₁ und L₂ bevorzugt eine im wesentlichen schleifenförmige oder kreisförmige Struktur, und Durchkontakt 110b ist bevorzugt etwa 180 Grad von Durchkontakt 110a in der im wesentlichen schleifenförmigen Struktur positioniert. Mit anderen Worten ist Durchkontakt 110b bevorzugt gegenüber vom Durchkontakt 110a in der im wesentlichen schleifenförmigen Struktur positioniert (als Beispiel).
Bevorzugt sind die Enden des ersten Abschnitts der ersten Induktionsspule L₁ versetzt und überlappen über eine vertikale Achse 130 in der Nähe der Durchkontakte 110a und 112a, die eine Verbindung zu benachbarten leitenden Materialschichten bereitstellen. Analog sind die Enden des ersten Abschnitts der zweiten Induktionsspule L₂ versetzt und überlappen über die vertikale Achse 130 in der Nähe der Durchkontakte 110b und 112b, die eine Verbindung zu benachbarten leitenden Materialschichten bereitstellen. Insbesondere sind bei einigen Ausführungsformen die ersten Induktionsspulendurchkontakte und die zweiten Induktionsspulen auf einer geraden Linie ausgerichtet. Beispielsweise sind in 4B die Durchkontakte 110a und 110b und die Durchkontakte 112a und 112b auf einer geraden Linie ausgerichtet, z. B. der Achse 130.
Die Durchkontakte 110a, 110b, 112a und 112b sind bevorzugt auf der vertikalen Achse 130 zentriert, wie gezeigt. Außerdem ist ein Durchkontakt 110a zum Herstellen einer Verbindung zu der Spannungsanschlußverbindung 109a (z. B. zum Spannungsanschluß A in der in 2 gezeigten VCO-Schaltung) auf einer Innenseite der im wesentlichen schleifenförmigen Struktur positioniert, und der andere Durchkontakt 110b zum Herstellen einer Verbindung zu der Spannungsanschlußverbindung 109b (z. B. dem in 2 gezeigten Spannungsanschluß B) ist auf einer Außenseite der im wesentlichen schleifenförmigen Struktur positioniert, um die Symmetrie der Struktur der Differentialinduktionsspule zu verbessern.
4C zeigt eine Draufsicht auf eine leitende Schicht wie etwa Schicht M5 von 3, unter der in 4B gezeigten leitenden Schicht angeordnet, wobei ein zweiter Abschnitt der ersten Induktionsspule L₁ und ein zweiter Abschnitt der zweiten Induktionsspule L₂ darin ausgebildet sind. Die zweiten Abschnitte der ersten und zweiten Induktionsspule L₁ und L₂ umfassen jeweils eine volle Wicklung und sind in der leitenden Schicht M5, in der sie ausgebildet sind, symmetrisch. Die Durchkontakte 112a und 114a, die die Enden des zweiten Abschnitts der ersten Induktionsspule L₁ mit benachbarten leitenden Schichten koppeln, liegen bevorzugt in der Nähe zueinander. Die Durchkontakte 112b und 114b, die die Enden des zweiten Abschnitts der zweiten Induktionsspule L₂ zu benachbarten leitenden Schichten koppeln, liegen bevorzugt in der Nähe zueinander und liegen bevorzugt gegenüber den Durchkontakten 112a und 114a in der im wesentlichen schleifenförmigen Struktur der zweiten Abschnitte der ersten und zweiten Induktionsspule L₁ und L₂.
Der obere äußere Durchkontakt 112a ist in der über der leitenden Schicht M5 angeordneten Durchkontaktschicht V5 angeordnet und koppelt ein Ende des ersten Abschnitts der ersten Induktionsspule L₁ in der leitenden Schicht M6 zu einem Ende des zweiten Abschnitts der ersten Induktionsspule L₁ in der leitenden Schicht M5. Der obere innere Durchkontakt 114a ist in der unter der leitenden Schicht M5 angeordneten Durchkontaktschicht V4 angeordnet und koppelt das andere Ende des zweiten Abschnitts der ersten Induktionsspule L₁ in der leitenden Schicht M5 an ein Ende eines dritten Abschnitts der ersten Induktionsspule L₁ in der leitenden Schicht M4, in 4D gezeigt. Gleichermaßen ist der untere innere Durchkontakt 112b in der über der leitenden Schicht M5 angeordneten Durchkontaktschicht V5 ausgebildet und koppelt ein Ende des ersten Abschnitts der zweiten Induktionsspule L₂ in der leitenden Schicht M6 an ein Ende des zweiten Abschnitts der zweiten Induktionsspule L₂ in der leitenden Schicht M5. Der untere äußere Durchkontakt 114b ist in der unter der leitenden Schicht M5 angeordneten Durchkontaktschicht V4 ausgebildet und koppelt das andere Ende des zweiten Abschnitts der zweiten Induktionsspule L₂ in der leitenden Schicht M5 an ein Ende eines dritten Abschnitts der zweiten Induktionsspule L₂ in der leitenden Schicht M4, in 4D gezeigt.
4D zeigt eine Draufsicht auf eine leitende Schicht wie etwa die unter der in 4C gezeigten Schicht M5 angeordnete Schicht M4, wobei ein dritter Abschnitt der ersten Induktionsspule L₁ und ein dritter Abschnitt der zweiten Induktionsspule L₂ darin ausgebildet und wie oben beschrieben mit den zweiten Abschnitten der ersten und zweiten Induktionsspule L₁ und L₂ wie oben beschrieben verbunden sind. Die dritten Abschnitte der ersten und zweiten Induktionsspule L₁ und L₂ umfassen jeweils eine volle Wicklung und sind in der leitenden Schicht M4, in der sie ausgebildet sind, symmetrisch. Die Durchkontakte 114a und 116a, die die Enden des dritten Abschnitts der ersten Induktionsspule L₁ mit benachbarten leitenden Schichten koppeln, liegen bevorzugt in der Nähe zueinander. Die Durchkontakte 114b und 116b, die die Enden des dritten Abschnitts der zweiten Induktionsspule L₂ zu benachbarten leitenden Schichten koppeln, liegen bevorzugt in der Nähe zueinander und liegen bevorzugt gegenüber den Durchkontakten 114a und 114b in der im wesentlichen schleifenförmigen Struktur der dritten Abschnitte der ersten und zweiten Induktionsspule L₁ und L₂.
Der obere äußere Durchkontakt 116a ist bevorzugt zwischen einem Ende des dritten Abschnitts der ersten Induktionsspule L₁ zu einem Ende einer leitenden Leitung 117 in einer benachbarten leitenden Schicht wie etwa Schicht M3 gekoppelt, in 3 gezeigt. Der obere innere Durchkontakt 114a koppelt das andere Ende des dritten Abschnitts der ersten Induktionsspule L₁ an ein Ende des zweiten Abschnitts der ersten Induktionsspule L₁ von 4C. Gleichermaßen ist der untere innere Durchkontakt 116b zwischen ein Ende des dritten Abschnitts der zweiten Induktionsspule L₂ zu einem Ende einer leitenden Leitung 117 in der leitenden Schicht M3 gekoppelt. Der untere äußere Durchkontakt 114b koppelt das andere Ende des dritten Abschnitts der zweiten Induktionsspule L₂ an ein Ende des zweiten Abschnitts der zweiten Induktionsspule L₂ von 4C.
4E zeigt eine Draufsicht auf eine leitende Schicht der unter der in 4D gezeigten Schicht angeordneten Differentialinduktionsspule, wobei ein Abschnitt der leitenden Schicht verwendet wird, um den dritten Abschnitt der ersten Induktionsspule L₁ und den dritten Abschnitt der zweiten Induktionsspule L₂ miteinander und mit einer Spannungsversorgung VDD zu verbinden, wie in dem Schemadiagramm von 2 gezeigt. Die leitende Leitung 117 kann an anderer Stelle in der leitenden Schicht M3 an den Spannungsanschluß D gekoppelt sein (als Beispiel, nicht gezeigt). Beispielsweise kann die leitende Leitung 117 elektrisch mit einem mittleren Abgriff oder einem Stromversorgungsanschluß V_DD verbunden sein, wie in der VCO-Schaltung von 2 gezeigt, als Beispiel. Die in den Ausführungsformen hierin beschriebenen Induktionsspulen L₁ und L₂ können verwendet werden, um die in 2 gezeigten Induktionsspulen L_A und L_B zu ersetzen (als Beispiel).
In jeder der leitenden Schichten wird eine verbesserte Symmetrie der Differentialinduktionsspule erzielt durch Abwechseln der Durchkontaktverbindungspositionen, z. B. unter Verwendung eines oberen äußeren Durchkontakts 112a und unteren inneren Durchkontakts 114a für den zweiten Abschnitt der ersten Induktionsspule L₁, wie in 4C gezeigt, und unter Verwendung eines unteren inneren Durchkontakts 112b und eines unteren äußeren Durchkontakts 114b für den zweiten Abschnitt der zweiten Induktionsspule L₂.
Bei dieser Ausführungsform sind Wicklungen der Induktionsspulen L₁ und L₂ in drei leitenden Schichten ausgebildet gezeigt. Alternativ werden möglicherweise nur zwei leitende Schichten verwendet (wie in 4B und 4C gezeigt) und an eine leitende Leitung 117 wie in 4E gezeigt unter der untersten leitenden Schicht gekoppelt. Zudem können zusätzliche Wicklungen oder Abschnitte der Induktionsspulen L₁ und L₂ in vier oder mehr leitenden Schichten ausgebildet sein, wobei wieder eine leitende Leitung 117 in einer unteren leitenden Schicht verwendet wird, um die Induktionsspulen L₁ und L₂ zu verbinden.
Die Abschnitte der Induktionsspulen L₁ und L₂ in der in 4B bis 4D gezeigten Ausführungsform umfassen volle Wicklungen; alternativ kann die Anzahl der Wicklungen von Schicht zu Schicht variieren. Wenn die Anzahl der Wicklungen variiert, umfassen die Anzahl der Wicklungen ganze Zahlen, z. B. 1, 2, 3, 4 usw., so daß die Durchkontaktpositionen von Schicht zu Schicht ausgerichtet sind (als Beispiel).
Weil die Abschnitte der ersten und zweiten Induktionsspule L₁ und L₂ in jeder Schicht symmetrisch sind, kann das Layout der Abschnitte durch Drehung und/oder eine Spiegeloperation von einem der Abschnitte ausgelegt werden (als Beispiel). Ein erstes Muster für einen Abschnitt einer ersten Induktionsspule L₁ kann ausgelegt werden, und um das Muster für einen Abschnitt einer zweiten Induktionsspule L₂ in der gleichen leitenden Schicht zu erzeugen, kann das erste Muster um 180 Grad gedreht werden, um ein zweites Muster für den Abschnitt der zweiten Induktionsspule L₂ zu erzeugen (als Beispiel).
Bei dieser Ausführungsform umfaßt in einer Perspektivansicht die erste Induktionsspule L₁ eine im wesentlichen spiralförmige Gestalt in der leitenden Schicht M6 (4B), der leitenden Schicht M5 (4C) und der leitenden Schicht M4 (4D). Gleichermaßen umfaßt die zweite Induktionsspule L₂ eine spiralförmige Gestalt in der leitenden Schicht M6 (4B), der leitenden Schicht M5 (4C) und der leitenden Schicht M4 (4D). Somit läßt sich durch Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Struktur erzielen, die einer idealen Differentialstruktur wie etwa der in 16 gezeigten nahe kommt. Ein Paar gekoppelter Induktionsspulen L₁ und L₂ wird erzeugt, wobei die zweite Induktionsspule L₂ ein Spiegelbild der ersten Induktionsspule L₁ umfaßt und zu der ersten Induktionsspule L₁ symmetrisch ist.
Die 5A bis 5E zeigen Draufsichten auf eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Abschnitte der ersten Induktionsspule L₁ und der zweiten Induktionsspule L₂ in jeder leitenden Schicht zwei volle Wicklungen umfassen. Die Struktur ist ähnlich der in 4A bis 4E gezeigten Struktur mit dem Unterschied, daß der jede Abschnitt der ersten und zweiten Induktionsspule L₁ und L₂ zwei Schleifen oder Wicklungen umfaßt.
Jeder Abschnitt der zweiten Induktionsspule L₂ in jeder leitenden Schicht umfaßt bevorzugt ein symmetrisches Spiegelbild, das durch Rotation und/oder eine Spiegeloperation des ersten Abschnitts der ersten Induktionsspule L₁ in dieser leitenden Schicht erzeugt wird. Wie bei der in den 4A bis 4E gezeigten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegen bevorzugt außerdem die Spannungsanschlüsse A und B auf gegenüberliegenden Seiten der Struktur, wie gezeigt, mit einem Anschluß am Außendurchmesser und einem am Innendurchmesser, um die korrekte Wicklungsrichtung beizubehalten und Symmetrie zu erzielen. Dies ist vorteilhaft, weil eine Verbindung zu einem darunter liegenden Induktionsspulenabschnitt an jedem Ende in der Nähe der Spannungsanschlüsse A und B hergestellt werden kann. Ein Durchkontakt 110a kann an ein Ende der ersten Induktionsspule L₁ in der Nähe der Verbindung des Spannungsanschlusses A zum ersten Abschnitt der Induktionsspule L₁ gekoppelt sein, und ein Durchkontakt 110b kann an ein Ende der zweiten Induktionsspule L₂ in der Nähe der Verbindung des Spannungsanschlusses B zum ersten Abschnitt der Induktionsspule L₁ gekoppelt sein. Dies ist vorteilhaft, weil eine sehr symmetrische Struktur, z. B. physikalisch, elektrisch und elektromagnetisch, erzeugt wird, wobei der erste Induktionsspulen-L₁-Abschnitt und der zweite Induktionsspulen-L₂-Abschnitt die gleiche Größe und Gestalt umfassen und wobei beide Durchkontakte 110a und 110b in der Nähe eines Spannungsanschlusses A bzw. B liegen.
Man beachte, daß jeder Durchkontakt 110a und 110b einen einzelnen Durchkontakt oder einen leitenden Plug umfassen kann, der in einer Durchkontaktschicht wie etwa den in 3 gezeigten Schichten V1 bis V6 ausgebildet ist, oder jeder Durchkontakt 110a und 110b kann eine Vielzahl von Durchkontakten umfassen (als Beispiel).
Insbesondere umfaßt bei dieser Ausführungsform der erste Abschnitt der ersten Induktionsspule L₁ zwei Wicklungen, und der erste Abschnitt der zweiten Induktionsspule L₂ umfaßt zwei Wicklungen. Weil die Anzahl der Wicklungen in jeder Schicht zunimmt, nimmt die Induktanz der Induktionsspulen L₁ und L₂ vorteilhafterweise zu. Die beiden Wicklungen der erste Induktionsspulen-L₁-Abschnitt und der zweite Induktionsspulen-L₂-Abschnitt in jeder leitenden Schicht umfassen eine im wesentlichen schleifenförmige Struktur, und der Spannungsanschluß B ist innerhalb der im wesentlichen schleifenförmigen Struktur auf einer gegenüberliegenden Seite vom Spannungsanschluß A positioniert. Bevorzugt ist der Spannungsanschluß B etwa 180 Grad innerhalb der im wesentlichen schleifenförmigen Struktur relativ zum Spannungsanschluß A in der im wesentlichen schleifenförmigen Struktur positioniert. Ein Spannungsanschluß ist am Außendurchmesser plaziert, während der andere Spannungsanschluß am Innendurchmesser plaziert ist. Diese verbleibende Asymmetrie kann durch das Layout der verbindenden Struktur reduziert werden, die die Spannungsanschlüsse unter Verwendung der Durchkontakte kontaktiert (als Beispiel).
In den in 4A bis 4E und 5A bis 5E gezeigten Ausführungsformen sind die Enden der Abschnitte der ersten Induktionsspule L₁ in jeder leitenden Schicht bevorzugt versetzt und überlappen über eine Achse, in der Nähe der Durchkontakte, die eine Verbindung zu benachbarten leitenden Materialschichten bereitstellen. Gleichermaßen sind die Enden der Abschnitte der zweiten Induktionsspule L₂ in jeder leitenden Schicht versetzt und überlappen über eine Achse, in der Nähe der Durchkontakte, die eine Verbindung zu benachbarten leitenden Materialschichten bereitstellen. Die Durchkontakte sind bevorzugt auf der Achse zentriert, und die Durchkontakte der ersten Induktionsspule L₁ sind bevorzugt gegenüber von den Durchkontakten der zweiten Induktionsspule L₂ innerhalb der von den Induktionsspulenabschnitten in jeder leitenden Schicht ausgebildeten im wesentlichen schleifenförmigen Struktur positioniert. Verbindungen zwischen Induktionsspulenabschnitten werden unter Verwendung von inneren und äußeren Durchkontakten hergestellt, um die Symmetrie der Struktur der gekoppelten Induktionsspulen L₁ und L₂ zu verbessern.
Man beachte auch, daß bei den in 4A bis 4E und 5A bis 5E gezeigten Ausführungsformen der zweite Abschnitt der ersten Induktionsspule L₁ innerhalb der zweiten leitenden Schicht in der Nähe des ersten Abschnitts der zweiten Induktionsspule L₂ in der ersten leitenden Schicht angeordnet ist und der zweite Abschnitt der zweiten Induktionsspule L₂ in der zweiten leitenden Schicht in der Nähe des ersten Abschnitts der ersten Induktionsspule L₁ in der ersten leitenden Schicht angeordnet ist. Beispielsweise kann der zweite Abschnitt der ersten Induktionsspule L₁ unmittelbar unter dem ersten Abschnitt der zweiten Induktionsspule L₂ in einer benachbarten leitenden Schicht angeordnet sein.
Die 6A bis 6C zeigen Draufsichten auf eine nicht erfindungsgemäße Ausführungsform, wobei die Abschnitte der ersten und zweiten Induktionsspule L₁ und L₂ in jeder leitenden Schicht Halbwicklungen umfassen. Bei dieser Ausführungsform sind die Enden der Abschnitte der ersten und zweiten Induktionsspule gekerbt, um die verbindenden Durchkontakte aufzunehmen, wodurch eine nahezu symmetrische Struktur hergestellt wird. Die Spannungsverbindungen werden innerhalb der gleichen leitenden Schicht hergestellt, in der die oberen und unteren Abschnitte der ersten und zweiten Induktionsspule ausgebildet sind, so daß die Struktur unter Verwendung von nur drei leitenden Schichten (und von zwei Durchkontaktschichten zwischen den leitenden Schichten) ausgebildet wird.
Unter Bezugnahme auf 6A werden als nächstes die Verbindungen für die erste Induktionsspule L₁ beschrieben. Ein Ende eines ersten Abschnitts der ersten Induktionsspule L₁ ist an einen Spannungsanschluß A gekoppelt. Der erste Abschnitt der ersten Induktionsspule L₁ umfaßt eine Halbwicklung, wobei das andere Ende eine Kerbe 134 umfaßt. Die gezeigte Kerbe 134 ist eine nach innen gewandte Kerbe, die in die durch die Abschnitte der Induktionsspule L₁ und L₂ ausgebildete, im wesentlichen schleifenförmige Struktur gewandt ist. Ein in einer benachbarten Durchkontaktschicht ausgebildeter Durchkontakt 111a koppelt den ersten Abschnitt der ersten Induktionsspule L₁ an einen zweiten Abschnitt der ersten Induktionsspule L₁, in 6B gezeigt. Der zweite Abschnitt der ersten Induktionsspule L₁ umfaßt auch eine an dem in der Nähe des Durchkontakts 111a liegenden Ende ausgebildete nach innen weisende Kerbe 134, wie gezeigt. Der zweite Abschnitt der ersten Induktionsspule L₁ umfaßt eine Halbwicklung, wobei ein anderes Ende eine Kerbe 134 umfaßt. Die am weitesten links liegende Kerbe 134 in der Nähe des Durchkontakts 113a in 6B umfaßt eine nach außen zeigende Kerbe (als Beispiel). Ein in einer Durchkontaktschicht ausgebildeter Durchkontakt 113a koppelt den zweiten Abschnitt der ersten Induktionsspule L₁ an einen in einer benachbarten leitenden Schicht ausgebildeten dritten Abschnitt der ersten Induktionsspule L₁, wie in 6C gezeigt. Der dritte Abschnitt der ersten Induktionsspule L₁ umfaßt eine Halbwicklung, die an das Ende eines dritten Abschnitts der zweiten Induktionsspule L₂ und auch an einen Spannungsversorgungsanschluß D gekoppelt ist, wie gezeigt.
Somit umfaßt die Gestalt der ersten Induktionsspule L₁ eine S-Gestalt oder Spirale innerhalb der leitenden Schichten, in denen die erste Induktionsspule L₁ ausgebildet ist. In einer Draufsicht umfaßt die Gestalt der ersten Induktionsspule L₁ eine kreisförmige Gestalt innerhalb der obersten leitenden Schicht und der benachbarten leitenden Schicht (als Beispiel).
Die Abschnitte der zweiten Induktionsspule L₂ sind nahezu symmetrisch zu Abschnitten der ersten Induktionsspule L₁ innerhalb jeder leitenden Schicht. Die Abschnitte der zweiten Induktionsspule L₂ umfassen eine Kerbe 136 an den Enden davon, worein die Kerbe 136 der zweiten Induktionsspule L₂ mit der Kerbe 134 der ersten Induktionsspule L₁ paßt, so daß die verbindenden Durchkontakte 111a, 111b, 113a und 113b entlang einer zentralen Achse zu der im wesentlichen schleifenförmigen Struktur zentriert sind, was eine nahezu symmetrische Verbindungsstruktur für die Induktionsspulen L₁ und L₂ gestattet.
Die Enden der Abschnitte der ersten Induktionsspule L₁ und der zweiten Induktionsspule L₂ enthalten bevorzugt die Kerbe 134 bzw. 136, so daß die benachbarten Enden des Abschnitts der ersten Induktionsspule L₁ und des Abschnitts der zweiten Induktionsspule L₂ wie gezeigt versetzt sein können. Beispielsweise ist in 6B Durchkontakt 111b an einer Stelle an einem inneren Radius des zweiten Abschnitts der ersten Induktionsspule L₁ und an einer Stelle an einem inneren Radius des ersten Abschnitts der ersten Induktionsspule L₁ gekoppelt (siehe 6A), und Durchkontakt 111a ist an einer Stelle an einem äußeren Radius des zweiten Abschnitts der zweiten Induktionsspule L₂ (siehe 6B) und an einer Stelle an einem äußeren Radius des ersten Abschnitts der zweiten Induktionsspule L₂ gekoppelt (6A). Die Durchkontakte 111a und 111b sind bevorzugt an den gekerbten Enden der Abschnitte der ersten Induktionsspule L₁ und den Abschnitten der zweiten Induktionsspule L₂ gekoppelt, wie gezeigt.
7A bis 7C zeigen eine nicht erfindungsgemäße Ausführungsform ähnlich der in 6A bis 6C gezeigten Ausführungsform, wobei die Abschnitte der ersten Induktionsspule L₁ und der zweiten Induktionsspule L₂, in der mittleren leitenden Schicht (7B) ausgebildet, 1,5 Wicklungen umfassen. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, weil die Induktanz der Induktionsspulen L₁ und L₂ wegen der größeren Anzahl der Wicklungen erhöht ist. Man beachte, daß, wenn ein Bruchteil von Wicklungen verwendet wird, bevorzugt der gleiche Bruchteil einer Wicklung für alle die Abschnitte der Induktionsspulen L₁ und L₂ in einigen Ausführungsformen verwendet wird, so daß die Durchkontakte 111a, 111b, 113a und 113b in einer Reihe liegen und somit eine elektrische Verbindung zwischen den leitenden Schichten herstellen. Beispielsweise kann die in 7B gezeigte mittlere leitende Schicht alternativ 2,5 Wicklungen, 3,5 Wicklungen oder x,5 Wicklungen umfassen, wobei x eine ganze Zahl ist.
Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung (als Beispiel) umfassen die Abschnitte der ersten Induktionsspule L₁ und die Abschnitte der zweiten Induktionsspule L₂ in einer leitenden Schicht x,f Wicklungen, wobei x eine ganze Zahl wie etwa 0, 1, 2, 3 usw. umfaßt und wobei f einen Bruchteil einer Wicklung umfaßt.
8A, 8B und 8C zeigen Draufsichten einer weiteren nicht erfindungsgemäße Ausführungsform, wobei die Abschnitte der ersten Induktionsspule und der zweiten Induktionsspule in der dickeren oberen leitenden Schicht 1,5 Wicklungen umfassen und wobei die Spannungsverbindungen in den dünneren darunter liegenden leitenden Schichten hergestellt sind. Beispielsweise umfassen die Abschnitte der ersten und zweiten Induktionsspule L₁ und L₂ in 8A 1,5 Wicklungen, die bevorzugt in einer dickeren leitenden Schicht wie etwa der in 3 gezeigten Schicht M6 ausgebildet sind. Die in 8B und 8C gezeigten leitenden Schichten sind bevorzugt in den Schichten M5 bzw. M4 von 3 ausgebildet (als Beispiel). Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, weil mehr und schmalere Wicklungen in der dickeren oberen leitenden Leitungsschicht hergestellt werden können.
Vorteilhafterweise können der Widerstand der leitenden Leitungen, die die Abschnitte der ersten und zweiten Induktionsspule L₁ und L₂ in benachbarten leitenden Schichten bilden, gleich gemacht werden, indem die Breite der Wicklungen und die Anzahl der Wicklungen an die Dicke und die Konduktanz des leitenden Materials angepaßt wird (z. B. dick gegenüber dünn oder Cu gegenüber Al), als Beispiele. Beispielsweise kann eine erste leitende Schicht (wie etwa die leitende Schicht M6 in 3, in 8A in einer Draufsicht gezeigt) eine erste Dicke und ein erstes leitendes Material umfassen, und eine zweite leitende Schicht (wie etwa die leitende Schicht M5 in 3, in 8B in einer Draufsicht gezeigt) kann eine zweite Dicke und ein zweites leitendes Material umfassen, wobei die zweite Dicke von der ersten Dicke verschieden ist. Der erste Abschnitt der ersten Induktionsspule L₁ und der erste Abschnitt der zweiten Induktionsspule L₂ in der leitenden Schicht M6 können eine erste Breite und eine erste Anzahl von Wicklungen umfassen, und der zweite Abschnitt der ersten Induktionsspule L₁ und der zweite Abschnitt der zweiten Induktionsspule L₂ in der leitenden Schicht M5 können eine zweite Breite und eine zweite Anzahl von Wicklungen umfassen, wobei die zweite Breite und die zweite Anzahl von Wicklungen von der ersten Breite und der ersten Anzahl von Wicklungen verschieden sind. Bevorzugt ist der Widerstand des die Induktionsspulenabschnitte L₁ und L₂ in der leitenden Schicht M6 bildenden ersten leitenden Materials etwa gleich dem Widerstand des die Induktionsspulenabschnitte L₁ und L₂ in der leitenden Schicht M5 bildenden zweiten leitenden Materials (als Beispiel).
Man beachte, daß bei dieser Ausführungsform die Abschnitte der ersten und zweiten Induktionsspule L₁ und L₂ in den unteren Schichten (8B und 8C) Halbwicklungen umfassen, und die Enden der Halbwicklungen gekerbt sind (134, 146). Die Durchkontakte 111a und 111b stellen elektrische Verbindungen zwischen den Induktionsspulenabschnitten in 8A und 8B bereit, und die Durchkontakte 113b/115b und 113a/115a stellen eine elektrische Verbindung zwischen den Induktionsspulenabschnitten in 8C und 8A bereit. In 8B sind Landing-Pads für Durchkontakte 113a, 113b, 115a und 115b in dem Design der leitenden Schicht enthalten, um eine Verbindung zwischen den darunter liegenden Durchkontakten 113a und 113b mit den darüber liegenden Durchkontakten 115a bzw. 115b bereitzustellen.
Bei einigen Ausführungsformen sind die erste Induktionsspule L₁ und die zweite Induktionsspule L₂ bevorzugt in genau zwei leitenden Schichten ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform wird bevorzugt eine weitere leitende Schicht verwendet, um die Enden des zweiten Abschnitts der ersten Induktionsspule L₁ und des zweiten Abschnitts der zweiten Induktionsspule L₂ zu verbinden. Beispielsweise wird als nächstes unter Bezugnahme auf nicht erfindungsgemäße 9A und 9B der größte Teil der ersten und zweiten Induktionsspule L₁ und L₂ in der in 9A gezeigten leitenden Schicht ausgebildet, wohingegen die Abschnitte der ersten und zweiten Induktionsspule L₁ und L₂ zwei Wicklungen umfassen. Durchkontakte 140a und 140b koppeln ein Ende der ersten und zweiten Induktionsspule L₁ und L₂ an leitende Leitungen 109a bzw. 109b, die an Spannungsanschlüsse A bzw. B gekoppelt sind, wie in 9B gezeigt. Abschnitte der ersten und zweiten Induktionsspule L₁ und L₂ in der in 9B gezeigten leitenden Schicht sind miteinander und an einen Spannungsversorgungsanschluß D gekoppelt. Die Abschnitte der ersten und zweiten Induktionsspule L₁ und L₂ enthalten bevorzugt eine Kerbe 134 bzw. 136 in der Nähe der Enden der leitenden Leitung 109a bzw. 109b, wie gezeigt, um eine nahezu symmetrische Verbindungsstruktur für die gekoppelten Induktionsspulen L₁ und L₂ herzustellen.
Die 10A und 10B zeigen eine alternative nicht erfindungsgemäße Ausführungsform zu der in 9A und 9B gezeigten Ausführungsform, wobei die Verbindungen des Spannungsanschlusses A und B weiterhin einen Abschnitt der ersten und zweiten Induktionsspule L₁ und L₂ umfassen. Beispielsweise sind die leitenden Leitungen 109a und 109b in 9B durch Abschnitte der ersten und zweiten Induktionsspule L₁ und L₂ ersetzt worden, wodurch die Induktanz erhöht wird. Die Enden der Abschnitte der ersten und zweiten Induktionsspule L₁ und L₂ umfassen bevorzugt eine Kerbe entsprechend den Kerben 134 und 136 in den Abschnitten der ersten und zweiten Induktionsspule L₁ und L₂, die an den Spannungsversorgungsanschluß D gekoppelt sind, wie gezeigt.
Die 11A und 11B zeigen eine weitere alternative nicht erfindungsgemäße Ausführungsform zu der in 9A und 9B gezeigten Ausführungsform, wobei die Abschnitte der Induktionsspule L₁ und L₂ 1,5 Wicklungen in der oberen leitenden Schicht umfassen, wie in 11A gezeigt. Die Durchkontakte 144a und 146a stellen eine elektrische Verbindung zu den darunter liegenden Abschnitten der ersten und zweiten Induktionsspule L₁ bzw. L₂ her, in 11B gezeigt, welche Abschnitte an die Spannungsanschlüsse A bzw. B gekoppelt sind. Die Durchkontakte 144b und 146b stellen eine elektrische Verbindung zu dem Spannungsversorgungsanschluß D her, wie gezeigt.
Die 12A und 12B zeigen eine weitere alternative nicht erfindungsgemäße Ausführungsform zu der in 11A und 11B gezeigten Ausführungsform, wobei die Verbindung für den Spannungsversorgungsanschluß D Abschnitte der ersten und zweiten Induktionsspule L₁ und L₂ umfaßt.
13 veranschaulicht, daß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung leicht in Halbleiterdesigns mit großen Durchkontakten implementiert werden können. Die oberen Metallisierungsschichten von Halbleitereinrichtungen weisen im Vergleich zu der Leitungsbreite der Wicklungen von Induktionsspulen große Durchkontakte auf, was für einige Induktionsspulendesigns nach dem Stand der Technik problematisch sein kann, weil viele Kreuzungen und Durchkontakte benötigt werden. Weil die hier beschriebenen Designs der Induktionsspule L₁ und L₂ nur zwei Durchkontakte 150a, 150b, 152a und 152b pro Wicklung auf der inneren und äußeren Seite der Wicklungen verwenden, ist es leicht, große Durchkontakte 150a, 150b, 152a und 152b mit schmalen Linien zu kombinieren, z. B. schmale Wicklungen für die Abschnitte der hier beschriebenen Induktionsspulen L₁ und L₂ (als Beispiel).
14 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei eine Halbleitereinrichtung 200 Wicklungen von Abschnitten der ersten Induktionsspule und der zweiten Induktionsspule in den verschiedenen leitenden Schichten mit unterschiedlichen Breiten enthält. Wenn beispielsweise die obere leitende Schicht M_N eine größere Dicke als die leitende Schicht M1 umfaßt, die in integrierten Schaltungen üblich ist, können vorteilhafterweise die Abschnitte der Induktionsspulen L₁ und L₂ eine Breite w₁ umfassen, die kleiner ist als eine Breite w₂ der Abschnitte der Induktionsspulen L₁ und L₂ in einer niedrigeren leitenden Schicht M1. Die elektrischen Eigenschaften wie etwa Widerstand und Induktanz der Abschnitte der Induktionsspulen L₁ und L₂ können zwischen den leitenden Schichten M1 und M_N beispielsweise durch Variieren der Breite der Wicklungen angepaßt werden. Die Verwendung von breiteren leitenden Leitungen in den unteren leitenden Ebenen (beispielsweise eine konstante totale Querschnittsfläche der Wicklungen bereitstellend) kann die reduzierte Dicke der unteren leitenden Ebenen kompensieren.
15 zeigt eine Perspektivansicht von mehreren leitenden Schichten einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Wicklungen von Abschnitten der ersten Induktionsspule und zweiten Induktionsspule in benachbarten Schichten versetzt oder offset sind. Der Radius R₁ und R₂ der Wicklungen in abwechselnden Schichten kann variiert werden, so daß die Abschnitte der Induktionsspule L₁ und L₂ in benachbarten leitenden Schichten nicht direkt übereinander liegen (als Beispiel). Nur das Kontaktgebiet, wo die Enden von Induktionsspulenabschnitten mit Durchkontakten verbunden sind, weisen bevorzugt den gleichen Radius und die gleiche Position auf (in der Figur nicht gezeigt).
16 veranschaulicht ein Diagramm für eine ideale doppelt-kugelförmige Differentialinduktionsspule L₁ und L₂, die in mehreren leitenden Schichten gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann. Durch Verwendung von mehreren Interconnectebenen, um die Abschnitte der Induktionsspulen L₁ und L₂ auszubilden, kann eine spulenartige Struktur erzielt werden, die perfekt symmetrisch und ähnlich einer idealen Differentialinduktionsspule wie etwa der in 12 gezeigten ist (als Beispiel).
Die hier beschriebenen Abschnitte der ersten Induktionsspule L₁ und der zweiten Induktionsspule L₂ können Teilwicklungen, Einzelwicklungen oder Mehrfachwicklungen umfassen. Die Abschnitte der ersten Induktionsspule L₁ und zweiten Induktionsspule L₂ können einen Abschnitt einer Wicklung, eine volle Wicklung oder mehr als eine Wicklung umfassen. Beispielsweise können die Abschnitte der Induktionsspulen L₁ und L₂ auch 3/4-Wicklungen umfassen, wie in 17A, 17B und 17C gezeigt. Bei dieser Ausführungsform sind die Spannungsanschlüsse A und B und die Durchkontakte 114a und 114b einander gegenüber positioniert, und die Durchkontakte 120a und 120b und Durchkontakte 124a und 124b sind in der Nähe voneinander in der im wesentlichen schleifenförmigen Struktur der Abschnitte der ersten Induktionsspule L₁ und der zweiten Induktionsspule L₂ positioniert. Die Spannungsanschlüsse A und B und die Durchkontakte 114a und 114b sind entlang einer vertikalen Achse 130 positioniert, und die Durchkontakte 120a und 120b und Durchkontakte 124a und 124b sind entlang einer horizontalen Achse 132 positioniert, wie gezeigt.
Vorteilhafterweise können in einigen Ausführungsformen, weil die Durchkontaktstellen zwischen einem inneren und äußeren Radius der Wicklungen abwechseln, entweder Teilwicklungen, Vollwicklungen oder Mehrfachwicklungen für die Abschnitte der Induktionsspulen L₁ und L₂ gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Beispielsweise kann die Anzahl der Wicklungen der Abschnitte der Induktionsspulen L₁ und L₂ 0,5 Wicklungen, 0,75 Wicklungen, 1,0 Wicklung, 1,5 Wicklungen oder 2,0 Wicklungen oder größer umfassen. Andere Bruchteile von Wicklungen können alternativ verwendet werden (als Beispiel).
Bevorzugt umfaßt gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung der in einer leitenden Schicht ausgebildete Abschnitt der zweiten Induktionsspule L₂ ein symmetrisches Spiegelbild des in dieser leitenden Schicht ausgebildeten Abschnitts der zweiten Induktionsspule L₁. Erzielt werden kann dies durch Rotieren des Musters für den Abschnitt der ersten Induktionsspule L₁ in dieser leitenden Schicht um 180 Grad (als Beispiel), um das Muster für den Abschnitt der zweiten Induktionsspule L₂ in dieser leitenden Schicht zu erhalten.
Man beachte, daß bei einigen Ausführungsformen nachträglich ausgebildete Abschnitte der Induktionsspulen L₁ und L₂ unter beiden Wicklungen der anderen Abschnitte der Induktionsspulen L₁ und L₂ in benachbarten leitenden Schichten ausgebildet werden können, als Beispiel (z. B. wie etwa in der in 7A bis 7C gezeigten Ausführungsform).
Als weiteres Beispiel kann das Muster des Abschnitts der zweiten Induktionsspule L₂ ein symmetrisches Spiegelbild des Abschnitts der ersten Induktionsspule L₁ in einer leitenden Schicht umfassen. Beispielsweise kann der Abschnitt der zweiten Induktionsspule L₂ in einer leitenden Schicht durch Spiegeln des Abschnitts des ersten Induktionsspulen-L₁-Abschnitts in einer benachbarten leitenden Schicht erzeugt werden.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in verschiedenen Arten von Schaltungen von Halbleitereinrichtungen implementiert werden. Als Beispiel können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in der in 2 gezeigten VCO-Schaltung implementiert werden. Die Differentialinduktionsspule L₁ und L₂ von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann anstelle der in 2 gezeigten Induktionsspulen L_A und L_B verwendet werden. Ein Ende jeder Induktionsspule L₁ und L₂ ist an einen zentralen Abgriff D gekoppelt, der mit einer Spannungsversorgungsquelle V_DD verbunden ist. Das andere Ende jeder Induktionsspule L₁ und L₂ ist an einen variablen Kondensator C an den Spannungsanschlüssen A bzw. B gekoppelt, wie gezeigt. Die Schaltung enthält zwei Transistoren X₁ und X₂ und einen Strombiss I_BIAS, der an Masse gekoppelt ist. Wenn ein Biasstrom I_BIAS angelegt wird, oszilliert die Schaltung, wodurch an den Spannungsanschlüssen V_A und V_B eine Hochfrequenz erzeugt wird.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen auch eine nützliche Anwendung in anderen Schaltungen oder Anwendungen auf, wo zwei gekoppelte Induktionsspulen L₁ und L₂ erforderlich sind. Beispielsweise können die hierin beschriebenen Induktionsspulen L₁ und L₂ in einem Transformator verwendet werden, wie in 18 gezeigt.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beinhalten Verfahren zum Herstellen der hier beschriebenen Induktionsspulen L₁ und L₂. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beinhalten auch integrierte Schaltungen, VCO-Schaltungen, Transformatoren und andere Halbleitereinrichtungen, die die hier beschriebenen neuartigen Induktionsspulen L₁ und L₂ enthalten.
Ein Vorteil des Ausbildens der Wicklungen der Induktionsspulen L₁ und L₂ primär in einer leitenden Schicht, wie in den Ausführungsformen von 9A und 9B, 10A und 10B, 11A und 11B und 12A und 12B gezeigt ist, besteht darin, daß nur zwei Durchkontaktverbindungen L₁ und L₂ für jede Induktionsspule erforderlich sind; somit ist der Widerstand der Induktionsspule-L₁- und -L₂-Struktur reduziert.
Zu Vorteilen von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zählen die Bereitstellung neuartiger Layoutverfahren für Wicklungen von Differentialinduktionsspulen L₁ und L₂, wobei die Wicklungen der Induktionsspulen L₁ und L₂ in zwei oder mehr leitenden Schichten ausgebildet sein können. Die hierin beschriebenen neuartigen Strukturen gestatten die Herstellung einer symmetrischen Differentialinduktionsspule. Bei einigen Ausführungsformen ist es möglich, den gleichen Wicklungsdurchmesser für jede Wicklung zu verwenden, weil die Wicklungen über verschiedene Metallschichten verteilt sind, was zu einem erhöhten Koppelverhältnis und erhöhter Induktivität führt.
Bei anderen Ausführungsformen sind die Wicklungen der Induktionsspulen L₁ und L₂ bevorzugt derart angeordnet, daß der mittlere Abgriff D einer VCO-Schaltung bevorzugt in der untersten Metallschicht liegt und somit die höchste parasitäre Kapazität aufweist, während die empfindlichen Spannungseingangsanschlüsse (A und B) bevorzugt in der höchsten Metallschicht positioniert sind, wodurch man die niedrigste parasitäre Kapazität in der Struktur erfährt.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung führen zur Herstellung von Differentialinduktionsspulen L₁ und L₂ mit optimierter Induktivität, parasitärer Kapazität und Reihenwiderstand. Die Breite der Abschnitte der Induktionsspulen L₁ und L₂ kann abgeändert werden, um die Struktur zu optimieren, z. B. durch Verwendung breiterer Leitungen für dünnere leitende Schichten. Der Radius (oder Durchmesser) von benachbarten Schichten kann abgeändert werden, um die kapazitive Kopplung zwischen den leitenden Schichten z. B. durch abwechselnde Wicklungsdurchmesser zu reduzieren.
Die Struktur kann weiter optimiert werden durch Abändern der Anzahl der Wicklungen in den Schichten, z. B. eine leitende Schicht kann eine erste Anzahl von Wicklungen oder Abschnitten von Wicklungen aufweisen, und eine andere leitende Schicht kann eine zweite Anzahl von Wicklungen oder Abschnitt oder Wicklungen aufweisen, wobei die zweite Anzahl von der ersten Anzahl verschieden ist.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Differentialinduktionsspulendesign mit einem hohen Symmetriegrad bereit. Das Layout für die Abschnitte der zweiten Induktionsspule L₂ innerhalb jeder leitenden Schicht können durch Drehen der Designs des Abschnitts der ersten Induktionsspule L₁ um 180 Grad erzeugt werden (als Beispiel). Bei den Ausführungsformen, bei denen die Abschnitte im wesentlichen die gleiche Gestalt in jeder leitenden Schicht umfassen, können benachbarte leitende Leitungsschichtenlayouts durch Spiegeln des Layouts für die vorausgegangene benachbarte Schicht erzeugt werden (als Beispiel).
Die hier beschriebenen Differentialinduktionsspulen L₁ und L₂ mit verbesserter Symmetrie führen zu einer verbesserten Leistung von Differentialschaltungen (als Beispiel). Eine verbesserte elektromagnetische Symmetrie von den Differentialeingängen A und B zu einem mittleren Abgriff D wird erzielt durch die hier beschriebenen Differentialinduktionsspulen L₁ und L₂.
Bevorzugt werden die Durchkontakte zwischen den Abschnitten der ersten Induktionsspule zu Abschnitten der ersten Induktionsspule in benachbarten Schichten zwischen Stellen an einem inneren und äußeren Radius der Abschnitte der ersten Induktionsspule in jeder nachfolgenden leitenden Schicht abgewechselt, und die Durchkontakte der zweiten Induktionsspule werden zwischen den Abschnitten der zweiten Induktionsspule zu Abschnitten der zweiten Induktionsspule in benachbarten Schichten ebenfalls zwischen Stellen an einem inneren und äußeren Radius der Abschnitte der zweiten Induktionsspule in jeder nachfolgenden leitenden Schicht abgewechselt. Das neuartige Abwechseln zwischen inneren und äußeren Radien der Induktionsspulenabschnitte ermöglicht vorteilhafterweise die Verwendung von drei oder mehr leitenden Schichten für die Ausbildung der ersten und zweiten Induktionsspule L₁ und L₂. Somit können die Induktionsspulen L₁ und L₂ in drei oder mehr leitenden Schichten ausgebildet werden, z. B. acht oder mehr leitenden Schichten einer integrierten Schaltung. Mit zunehmender Anzahl der Wicklungen nimmt vorteilhafterweise der Wert der Induktanz der Induktionsspulen L₁ und L₂ zu.
Man beachte, daß die Wicklungen der Abschnitte der Induktionsspulen L₁ und L₂ in den Figuren so gezeigt sind, daß sie Biegungen von 45 Grad oder 90 Grad aufweisen; alternativ können die Wicklungen der Abschnitte der Induktionsspulen L₁ und L₂ andere Formen umfassen, wie etwa gekrümmte Sektionen aus leitendem Material oder in anderen Winkeln gemustertes leitendes Material, als Beispiel.
Zu Vorteilen von bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zählen die Bereitstellung von Paaren von gekoppelten Induktionsspulen, wobei die beiden Induktionsspulen sehr symmetrische Induktanz-, Widerstands- und Kapazitätswerte aufweisen. Differentialinduktionsspulen mit erhöhter Induktanz können erreicht werden durch Verwendung einer größeren Anzahl leitender Schichten von integrierten Schaltungen und durch Erhöhen der Anzahl der Wicklungen der Abschnitte der Induktionsspulen in einer oder mehreren leitenden Schichten. Die Asymmetrie der beiden Induktionsspulen wird minimiert über Durchkontaktpositionierung, die Verwendung entsprechender Layouts und durch den Einsatz von Kerben an dem Ende der Induktionsspulenabschnitte zum Aufnehmen der Durchkontaktpositionierung zum Erreichen einer vergrößerten Symmetrie.

Claims

Halbleitereinrichtung (100), die folgendes enthält: ein Werkstück (102); eine über dem Werkstück (102) angeordnete erste leitende Schicht (M6), wobei ein erster Abschnitt (L1, M6) einer ersten Induktionsspule (L1) und ein erster Abschnitt (L2, M6) einer zweiten Induktionsspule (L2) innerhalb der ersten leitenden Schicht (M6) angeordnet sind, wobei der erste Abschnitt (L2, M6) der zweiten Induktionsspule (L2) symmetrisch zu dem ersten Abschnitt (L1, M6) der ersten Induktionsspule (L1) angeordnet ist; mindestens eine der ersten leitenden Schicht (M6) benachbarte zweite leitende Schicht (M5), wobei ein zweiter Abschnitt (L1, M5) der ersten Induktionsspule (L1) und ein zweiter Abschnitt (L2, M5) der zweiten Induktionsspule (L2) in jeder mindestens einen zweiten leitenden Schicht (M5) angeordnet sind, wobei jeder zweite Abschnitt (L2, M5) der zweiten Induktionsspule (L2) symmetrisch zu jedem zweiten Abschnitt (L1, M5) der ersten Induktionsspule (L1) in jeder mindestens einen zweiten Schicht (M5) ist; mindestens einen ersten Induktionsspulendurchkontakt (112a), der den ersten Abschnitt (L1, M6) der ersten Induktionsspule (L1) in der ersten leitenden Schicht (M6) mit dem zweiten Abschnitt (L2, M5) der ersten Induktionsspule (L1) in der benachbarten zweiten leitenden Schicht (M5) elektrisch leitfähig verbindet; und mindestens einen zweiten Induktionsspulendurchkontakt (112b), der den ersten Abschnitt (L2, M6) der zweiten Induktionsspule (L2) in der ersten leitenden Schicht (M6) mit dem zweiten Abschnitt (L2, M5) der zweiten Induktionsspule (L2) in der benachbarten zweiten leitenden Schicht (M5) elektrisch leitfähig verbindet, wobei der mindestens eine zweite Induktionsspulendurchkontakt (112b) zu dem mindestens einen ersten Induktionsspulendurchkontakt (112a) symmetrisch ist, wobei die erste leitende Schicht (M6) eine oberste leitende Ebene einer integrierten Schaltung umfasst, wobei die erste leitende Schicht (M6) eine größere Dicke als die Dicke der mindestens einen zweiten leitenden Schicht (M5) hat, wobei der erste Abschnitt (L1, M6) der ersten Induktionsspule (L1) und der erste Abschnitt (L2, M6) der zweiten Induktionsspule (L2) eine erste Breite (W1) haben und wobei der zweite Abschnitt (L1, M5) der ersten Induktionsspule (L1) und der zweite Abschnitt (L2, M5) der zweiten Induktionsspule (L2) eine zweite Breite (W2) haben, wobei die zweite Breite (W2) größer ist als die erste Breite (W1).
Halbleitereinrichtung (100), die folgendes enthält: ein Werkstück (102); eine über dem Werkstück angeordnete erste leitende Schicht (M6), wobei ein erster Abschnitt (L1, M6) einer ersten Induktionsspule (L1) und ein erster Abschnitt (L2, M6) einer zweiten Induktionsspule (L2) innerhalb der ersten leitenden Schicht (M6) angeordnet sind, wobei der erste Abschnitt (L2, M6) der zweiten Induktionsspule (L2) symmetrisch zu dem ersten Abschnitt (L1, M6) der ersten Induktionsspule (L1) angeordnet ist; mindestens eine der ersten leitenden Schicht (M6) benachbarte zweite leitende Schicht (M5), wobei ein zweiter Abschnitt (L1, M5) der ersten Induktionsspule (L1) und ein zweiter Abschnitt (L2, M5) der zweiten Induktionsspule (L2) in jeder mindestens einen zweiten leitenden Schicht (M5) angeordnet sind, wobei jeder zweite Abschnitt (L2, M5) der zweiten Induktionsspule (L2) symmetrisch zu jedem zweiten Abschnitt (L1, M5) der ersten Induktionsspule (L1) in jeder mindestens einen zweiten Schicht (M5) ist; mindestens einen ersten Induktionsspulendurchkontakt (112a), der den ersten Abschnitt (L1, M1) der ersten Induktionsspule (L1) in der ersten leitenden Schicht (M6) mit dem zweiten Abschnitt (L2, M5) der ersten Induktionsspule (L1) in der benachbarten zweiten leitenden Schicht (M5) elektrisch leitfähig verbindet; und mindestens einen zweiten Induktionsspulendurchkontakt (112b), der den ersten Abschnitt (L2, M6) der zweiten Induktionsspule (L2) in der ersten leitenden Schicht (M6) mit dem zweiten Abschnitt (L2, M5) der zweiten Induktionsspule (L2) in der benachbarten zweiten leitenden Schicht (M5) elektrisch leitfähig verbindet, wobei der mindestens eine zweite Induktionsspulendurchkontakt (112b) zu dem mindestens einen ersten Induktionsspulendurchkontakt (112a) symmetrisch ist, wobei der erste Abschnitt (L1, M6) der ersten Induktionsspule (L1) und der erste Abschnitt (L2, M6) der zweiten Induktionsspule (L2) eine erste Windungszahl haben, wobei der zweite Abschnitt (L1, M5) der ersten Induktionsspule (L1) und der zweite Abschnitt (L2, M5) der zweiten Induktionsspule (L2) eine zweite Windungszahl haben und wobei die erste Windungszahl und die zweite Windungszahl verschieden sind, wobei die erste leitende Schicht (M6) eine größere Dicke als die mindestens eine zweite leitende Schicht (M5) hat, wobei die zweite Windungszahl größer ist als die erste Windungszahl, wobei der erste Abschnitt (L1, M6) der ersten Induktionsspule (L1) den gleichen Widerstand wie der zweite Abschnitt (L1, M5) der ersten Induktionsspule (L1) hat und wobei der erste Abschnitt (L2, M6) der zweiten Induktionsspule (L2) den gleichen Widerstand wie der zweite Abschnitt (L2, M5) der zweiten Induktionsspule (L2) hat.
Halbleitereinrichtung (100), die folgendes enthält: ein Werkstück (102); eine über dem Werkstück (102) angeordnete erste leitende Schicht (M6), wobei ein erster Abschnitt (L1, M6) einer ersten Induktionsspule (L1) und ein erster Abschnitt (L2, M6) einer zweiten Induktionsspule (12) innerhalb der ersten leitenden Schicht (M6) angeordnet sind, wobei der erste Abschnitt (L2, M6) der zweiten Induktionsspule (L2) symmetrisch zu dem ersten Abschnitt (L1, M6) der ersten Induktionsspule (L1) angeordnet ist; mindestens eine der ersten leitenden Schicht (M6) benachbarte zweite leitende Schicht (M5), wobei ein zweiter Abschnitt (L1, M5) der ersten Induktionsspule (L1) und ein zweiter Abschnitt (L2, M5) der zweiten Induktionsspule (L2) in jeder mindestens einen zweiten leitenden Schicht (M5) angeordnet sind, wobei jeder zweite Abschnitt (L2, M5) der zweiten Induktionsspule (L2) symmetrisch zu jedem zweiten Abschnitt (L1, M5) der ersten Induktionsspule (L1) in jeder mindestens einen zweiten Schicht (M5) ist; mindestens einen ersten Induktionsspulendurchkontakt (112a), der den ersten Abschnitt (L1, M6) der ersten Induktionsspule (L1) in der ersten leitenden Schicht (M6) mit dem zweiten Abschnitt (L2, M5) der ersten Induktionsspule (L1) in der benachbarten zweiten leitenden Schicht (M5) elektrisch leitfähig verbindet; und mindestens einen zweiten Induktionsspulendurchkontakt (112b), der den ersten Abschnitt (L2, M6) der zweiten Induktionsspule (L2) in der ersten leitenden Schicht (M6) mit dem zweiten Abschnitt (L2, M5) der zweiten Induktionsspule (L2) in der benachbarten zweiten leitenden Schicht (M5) elektrisch leitfähig verbindet, wobei der mindestens eine zweite Induktionsspulendurchkontakt (112b) zu dem mindestens einen ersten Induktionsspulendurchkontakt (112a) symmetrisch ist, wobei die erste leitende Schicht (M6) eine erste Dicke hat und ein erstes leitendes Material enthält, wobei die mindestens eine zweite leitende Schicht (M5) eine zweite Dicke hat und ein zweites leitendes Material enthält, wobei die zweite Dicke von der ersten Dicke verschieden ist, wobei der erste Abschnitt (L1, M6) der ersten Induktionsspule (L1) und der erste Abschnitt (L2, M6) der zweiten Induktionsspule (L2) eine erste Breite (W1) und eine erste Windungszahl haben, wobei der zweite Abschnitt (L1, M5) der ersten Induktionsspule (L1) und der zweite Abschnitt (L2, M5) der zweiten Induktionsspule (L2) eine zweite Breite (W2) und eine zweite Windungszahl haben, wobei die zweite Breite (W2) und die zweite Windungszahl von der ersten Breite (W1) und der ersten Windungszahl verschieden sind und wobei der Widerstand der Abschnitte der Induktionsspulen in der ersten leitenden Schicht (M6) gebildet aus dem ersten Material gleich dem Widerstand der Abschnitte der Induktionsspulen in der mindestens einen zweiten leitenden Schicht (M5) gebildet aus dem zweiten Material ist.
Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung (100), wobei das Verfahren folgendes enthält: Breitstellen eines Werkstücks (102); Ausbilden einer über dem Werkstück (102) angeordneten ersten leitenden Schicht (M6), Ausbilden eines ersten Abschnitts (L1, M6) einer ersten Induktionsspule (L1) und eines ersten Abschnitts (L2, M6) einer zweiten Induktionsspule (L2) innerhalb der ersten leitenden Schicht (M6), wobei der erste Abschnitt (L2, M6) der zweiten Induktionsspule (L2) symmetrisch zu dem ersten Abschnitt (L1, M6) der ersten Induktionsspule (L1) angeordnet ist; Ausbilden mindestens einer der ersten leitenden Schicht (M6) benachbarten zweiten leitenden Schicht (M5), wobei ein zweiter Abschnitt (L1, M5) der ersten Induktionsspule (L1) und ein zweiter Abschnitt (L2, M5) der zweiten Induktionsspule (L2) in jeder mindestens einen zweiten leitenden Schicht (M5) angeordnet sind, wobei jeder zweite Abschnitt (L2, M5) der zweiten Induktionsspule (L2) symmetrisch zu jedem zweiten Abschnitt (L1, M5) der ersten Induktionsspule (L1) in jeder mindestens einen zweiten Schicht (M5) ist; Ausbilden mindestens eines ersten Induktionsspulendurchkontakts (112a), der den ersten Abschnitt (L1, M6) der ersten Induktionsspule (L1) in der ersten leitenden Schicht (M6) mit dem zweiten Abschnitt (L2, M5) der ersten Induktionsspule (L1) in der benachbarten zweiten leitenden Schicht (M5) elektrisch leitfähig verbindet; und Ausbilden mindestens eines zweiten Induktionsspulendurchkontakts (112b), der den ersten Abschnitt (L2, M6) der zweiten Induktionsspule (L2) in der ersten leitenden Schicht (M6) mit dem zweiten Abschnitt (L2, M5) der zweiten Induktionsspule (L2) in der benachbarten zweiten leitenden Schicht (M5) elektrisch leitfähig verbindet, wobei der mindestens eine zweite Induktionsspulendurchkontakt (112b) zu dem mindestens einen ersten Induktionsspulendurchkontakt (112a) symmetrisch ist, wobei die erste leitende Schicht (M6) eine oberste leitende Ebene einer integrierten Schaltung umfasst, wobei die erste leitende Schicht (M6) eine größere Dicke als die Dicke der mindestens einen zweiten leitenden Schicht (M5) hat, wobei der erste Abschnitt (L1, M6) der ersten Induktionsspule (L1) und der erste Abschnitt (L2, M6) der zweiten Induktionsspule (L2) eine erste Breite (W1) haben und wobei der zweite Abschnitt (L1, M5) der ersten Induktionsspule (L1) und der zweite Abschnitt (L2, M5) der zweiten Induktionsspule (L2) eine zweite Breite (W2) haben, wobei die zweite Breite (W2) größer ist als die erste Breite (W1).
Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung (100), wobei das Verfahren folgendes enthält: Bereitstellen eines Werkstücks (102); Ausbilden einer über dem Werkstück angeordneten ersten leitenden Schicht (M6), Ausbilden eines ersten Abschnitts (L1, M6) einer ersten Induktionsspule (L1) und eines ersten Abschnitts (L2, M6) einer zweiten Induktionsspule (L2) innerhalb der ersten leitenden Schicht (M6), wobei der erste Abschnitt (L2, M6) der zweiten Induktionsspule (L2) symmetrisch zu dem ersten Abschnitt (L1, M6) der ersten Induktionsspule (L1) angeordnet ist; Ausbilden mindestens einer der ersten leitenden Schicht (M6) benachbarten zweiten leitenden Schicht (M5), wobei ein zweiter Abschnitt (L1, M5) der ersten Induktionsspule (L1) und ein zweiter Abschnitt (L2, M5) der zweiten Induktionsspule (L2) in jeder mindestens einen zweiten leitenden Schicht (M5) angeordnet sind, wobei jeder zweite Abschnitt (L2, M5) der zweiten Induktionsspule (L2) symmetrisch zu jedem zweiten Abschnitt (L1, M5) der ersten Induktionsspule (L1) in jeder mindestens einen zweiten Schicht (M5) ist; Ausbilden mindestens eines ersten Induktionsspulendurchkontakts (112a), der den ersten Abschnitt (L1, M1) der ersten Induktionsspule (L1) in der ersten leitenden Schicht (M6) mit dem zweiten Abschnitt (L2, M5) der ersten Induktionsspule (L1) in der benachbarten zweiten leitenden Schicht (M5) elektrisch leitfähig verbindet; und Ausbilden mindestens eines zweiten Induktionsspulendurchkontakts (112b), der den ersten Abschnitt (L2, M6) der zweiten Induktionsspule (L2) in der ersten leitenden Schicht (M6) mit dem zweiten Abschnitt (L2, M5) der zweiten Induktionsspule (L2) in der benachbarten zweiten leitenden Schicht (M5) elektrisch leitfähig verbindet, wobei der mindestens eine zweite Induktionsspulendurchkontakt (112b) zu dem mindestens einen ersten Induktionsspulendurchkontakt (112a) symmetrisch ist, wobei der erste Abschnitt (L1, M6) der ersten Induktionsspule (L1) und der erste Abschnitt (L2, M6) der zweiten Induktionsspule (L2) eine erste Windungszahl haben, wobei der zweite Abschnitt (L1, M5) der ersten Induktionsspule (L1) und der zweite Abschnitt (L2, M5) der zweiten Induktionsspule (L2) eine zweite Windungszahl haben und wobei die erste Windungszahl und die zweite Windungszahl verschieden sind, wobei die erste leitende Schicht (M6) eine größere Dicke als die mindestens eine zweite leitende Schicht (M5) hat, wobei die zweite Windungszahl größer ist als die erste Windungszahl, wobei der erste Abschnitt (L1, M6) der ersten Induktionsspule (L1) den gleichen Widerstand wie der zweite Abschnitt (L1, M5) der ersten Induktionsspule (L1) hat und wobei der erste Abschnitt (L2, M6) der zweiten Induktionsspule (L2) den gleichen Widerstand wie der zweite Abschnitt (L2, M5) der zweiten Induktionsspule (L2) hat.
Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung (100), wobei das Verfahren folgendes enthält: Bereitstellen eines Werkstücks (102); Ausbilden einer über dem Werkstück (102) angeordneten ersten leitenden Schicht (M6), Ausbilden eines ersten Abschnitts (L1, M6) einer ersten Induktionsspule (L1) und eines ersten Abschnitts (L2, M6) einer zweiten Induktionsspule (12) innerhalb der ersten leitenden Schicht (M6), wobei der erste Abschnitt (L2, M6) der zweiten Induktionsspule (L2) symmetrisch zu dem ersten Abschnitt (L1, M6) der ersten Induktionsspule (L1) angeordnet ist; Ausbilden mindestens einer der ersten leitenden Schicht (M6) benachbarten zweiten leitenden Schicht (M5), wobei ein zweiter Abschnitt (L1, M5) der ersten Induktionsspule (L1) und ein zweiter Abschnitt (L2, M5) der zweiten Induktionsspule (L2) in jeder mindestens einen zweiten leitenden Schicht (M5) angeordnet sind, wobei jeder zweite Abschnitt (L2, M5) der zweiten Induktionsspule (L2) symmetrisch zu jedem zweiten Abschnitt (L1, M5) der ersten Induktionsspule (L1) in jeder mindestens einen zweiten Schicht (M5) ist; Ausbilden mindestens eines ersten Induktionsspulendurchkontakts (112a), der den ersten Abschnitt (L1, M6) der ersten Induktionsspule (L1) in der ersten leitenden Schicht (M6) mit dem zweiten Abschnitt (L2, M5) der ersten Induktionsspule (L1) in der benachbarten zweiten leitenden Schicht (M5) elektrisch leitfähig verbindet; und Ausbilden mindestens eines zweiten Induktionsspulendurchkontakts (112b), der den ersten Abschnitt (L2, M6) der zweiten Induktionsspule (L2) in der ersten leitenden Schicht (M6) mit dem zweiten Abschnitt (L2, M5) der zweiten Induktionsspule (L2) in der benachbarten zweiten leitenden Schicht (M5) elektrisch leitfähig verbindet, wobei der mindestens eine zweite Induktionsspulendurchkontakt (112b) zu dem mindestens einen ersten Induktionsspulendurchkontakt (112a) symmetrisch ist, wobei die erste leitende Schicht (M6) eine erste Dicke hat und ein erstes leitendes Material enthält, wobei die mindestens eine zweite leitende Schicht (M5) eine zweite Dicke hat und ein zweites leitendes Material enthält, wobei die zweite Dicke von der ersten Dicke verschieden ist, wobei der erste Abschnitt (L1, M6) der ersten Induktionsspule (L1) und der erste Abschnitt (L2, M6) der zweiten Induktionsspule (L2) eine erste Breite (W1) und eine erste Windungszahl haben, wobei der zweite Abschnitt (L1, M5) der ersten Induktionsspule (L1) und der zweite Abschnitt (L2, M5) der zweiten Induktionsspule (L2) eine zweite Breite (W2) und eine zweite Windungszahl haben, wobei die zweite Breite (W2) und die zweite Windungszahl von der ersten Breite (W1) und der ersten Windungszahl verschieden sind und wobei der Widerstand der Abschnitte der Induktionsspulen in der ersten leitenden Schicht (M6) gebildet aus dem ersten Materials gleich dem Widerstand der Abschnitte der Induktionsspulen in der mindestens einen zweiten leitenden Schicht (M5) gebildet aus dem zweiten Material ist.